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S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制

李烨 李冬凤 王子威 闫松

李烨, 李冬凤, 王子威, 等. S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 103005. doi: 10.11884/HPLPB202032.200202
引用本文: 李烨, 李冬凤, 王子威, 等. S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 103005. doi: 10.11884/HPLPB202032.200202
Li Ye, Li Dongfeng, Wang Ziwei, et al. Development of S-band ultra wideband high average power multi-beam klystron[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 103005. doi: 10.11884/HPLPB202032.200202
Citation: Li Ye, Li Dongfeng, Wang Ziwei, et al. Development of S-band ultra wideband high average power multi-beam klystron[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 103005. doi: 10.11884/HPLPB202032.200202

S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制

doi: 10.11884/HPLPB202032.200202
详细信息
    作者简介:

    李烨:李 烨(1984—),女,硕士,高级工程师,从事高功率宽带多注器件研究;jltjbj@126.com

  • 中图分类号: TN122

Development of S-band ultra wideband high average power multi-beam klystron

  • 摘要: 介绍一种新型超宽带(相对带宽≥17%)S波段大功率多注速调管的研制过程及研制成果,该速调管首次在S波段实现了17%的相对带宽,带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施,提高电子注流通率及注波互作用效率,降低高频部分的散热压力,使该速调管仅在120 kW的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW的平均功率。同时,通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了3 ms脉宽的稳定工作及连续24 h稳定工作不打火。为实现3 min内满功率输出及2000 h的寿命,对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。本项目在能够实现指标的前提下,进行了小批量的生产及车载环境的环境试验,并针对可能产生的不可靠性因素,进行了改进,使产品真正能实现工程化应用,为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。
  • 图  1  单个电子注发射模拟

    Figure  1.  Simulated electron beam emission

    图  2  电子光学系统计算结果

    Figure  2.  Optimized electron beam optical system

    图  3  大信号模拟结果(按照频率点逐一计算)

    Figure  3.  Simulation results of power, efficiency and gain

    图  4  工作模式的电场分布矢量图

    Figure  4.  Electric field distribution of operating mode

    图  5  工作模式的磁场分布矢量图

    Figure  5.  Magnetic field distribution of operating mode

    图  6  输出窗计算模型

    Figure  6.  Simulation model of output window

    图  7  输入窗计算模型

    Figure  7.  Simulation model of input window

    图  8  输出窗驻波计算结果

    Figure  8.  Simulation results of output window standing wave

    图  9  输入窗驻波系数计算结果

    Figure  9.  Simulationresults of input window standing wave

    图  10  双间隙输出腔(特性阻抗1300)

    Figure  10.  Output cavity: double-gap cavity, R/Q=1300

    图  11  输出腔TM110,TM120,TM220的电场分布(上排)及磁场分布(下排)

    Figure  11.  Output cavity eigenmode distribution (TM110,TM120,TM220)

    表  1  测试结果

    Table  1.   Results of testing

    output peak power/kWoutput average power/kWefficiency/%gain/dB
    index≥120≥40≥30≥35
    results of testing≥125≥41.3≥30.3≥37.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-20
  • 修回日期:  2020-08-25
  • 刊出日期:  2020-10-01

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